Новости

May 10, 2024

Оптимизация добычи урана из угольной золы и морской воды

Из всех элементов, составляющих земную кору, урана достаточно много, он занимает 49-е место, опережая такие элементы, как олово, вольфрам и серебро. С тех пор, как человечество начало эксплуатировать

Из всех элементов, составляющих земную кору, урана достаточно много, он занимает 49-е место, опережая такие элементы, как олово, вольфрам и серебро. С тех пор, как человечество начало использовать уран из-за его расщепляющихся свойств в производстве энергии, это изобилие также привело к его широкой доступности для добычи полезных ископаемых. По состоянию на 2019 год Казахстан, Канада и Австралия являются основными производителями в мире, на их долю приходится около 68% продукции.

Учитывая огромную энергетическую плотность урана при его использовании в качестве топлива в ядерном реакторе деления, спрос на уран относительно невелик, особенно в сочетании с длительными (в среднем два года) циклами дозаправки коммерческих реакторов. В результате даже при очень неэффективном прямоточном топливном цикле, который использует лишь часть потенциальной энергии уранового топлива, рыночные цены на уран остаются относительно низкими и стабильными даже в условиях геополитических кризисов.

Несмотря на это, постепенный рост рыночных цен на уран (10 долларов за фунт в 2003 году, 49 долларов за фунт в 2022 году), а также быстрое строительство новых реакторов стимулируют новые исследования. Здесь недавние инновации могут сделать урановое топливо еще более доступным для всех стран, открывая доступ к миллиардам тонн урана, находящегося в простой морской воде, а также ко многим тоннам летучей золы, производимой угольными электростанциями каждый день.

Основная причина, по которой большинство операторов атомных электростанций выбирают прямоточный топливный цикл, в котором используется лишь часть делящегося U-235, заключается в том, что затраты на топливо для атомной электростанции невероятно низки. Хотя первоначальные затраты на новую атомную электростанцию ​​мощностью в ГВт значительны, эксплуатационные затраты в течение ее срока службы в 40–100 лет очень низки, и именно здесь возникают дополнительные затраты на переработку отработавшего топлива для удаления вновь образовавшихся актинидов. и трансурановые соединения не имеют большого экономического смысла.

Этот экономический аспект также является одним из факторов, делающих разработку реакторов на быстрых нейтронах (РБН) непривлекательной. Хотя эти FNR могут производить собственное топливо из воспроизводящих изотопов посредством захвата нейтронов, они более сложны и дороги, чем легководный реактор – практически все действующие сегодня коммерческие атомные станции. Все эти факторы играют роль в том, экономично ли извлекать определенные ресурсы урана из земли или других источников, одновременно делая совершенно очевидным, почему извлечение урана из летучей золы и морской воды раньше было нерентабельным.

Несмотря на то, что моря и океаны Земли содержат примерно 4,6 миллиарда тонн урана, его растворение в этих огромных водах означает, что вам придется отфильтровывать вещество, в котором содержится всего несколько молекул на миллиард. Аналогично и в случае с летучей золой, отделение урана от других компонентов золы должно осуществляться достаточно эффективным способом, чтобы конкурировать с существующими методами добычи, такими как подземное выщелачивание (ISL).

Однако еще одним потенциальным преимуществом добычи урана из морской воды и летучей золы является то, что это позволяет полностью избежать воздействия на окружающую среду традиционной добычи полезных ископаемых, одновременно потенциально помогая устранить экологическую опасность, создаваемую летучей золой.

Угольная зола состоит из золы, которая остается на дне котла вместе с мелкой золой или летучей золой, которая улавливается электростатическими осадителями или аналогичным оборудованием, установленным в дымоходах угольной электростанции или рядом с ней. Он содержит остатки углерода, а также большое количество диоксида кремния, оксида алюминия и диоксида кальция. Кроме того, он содержит микроэлементы многих тяжелых металлов и подобных проблемных веществ, включая мышьяк, кадмий, шестивалентный хром, свинец и ртуть.

Поиск способа переработки или переработки летучей золы становится все более проблематичной темой, особенно сейчас, когда летучая зола, как правило, больше не выбрасывается в атмосферу, а вместо этого хранится в огромных прудах с угольной золой. Эти пруды представляют потенциальную опасность, о чем свидетельствует разлив шлама на заводе по производству ископаемого топлива в Кингстоне в 2008 году, в результате которого в прилегающую реку Эмори было выброшено 4,2 миллиона кубических метров (1,1 миллиарда галлонов США) летучей золы, смешанной с водой. Последующая очистка стоила жизни примерно 40 работникам из-за воздействия опасных химикатов.